ACABADO Y ENSAMBLAJE DE MATERIALES PLASTICOS. Parte I.

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1 INFORMADOR TECNICO ACABADO Y ENSAMBLAJE DE MATERIALES PLASTICOS. Parte I. INTRODUCCION Ann cuando una multitud de piezas de plastico pucden ser moldeadas facihnente para conscguir la forma general deseada, muchas partes de plastic requieren un acabado adicional antes dc lograr su forma final de uso. Para algunas partes, el acabado final es tan simple como remover los bebedcros y los sistcmas de alimentacion del material fundido. Los acabados adicionales dc otras piezas, consisten en acoplar las partes en ensamblajes, ya sea con simples juntas bola y cuenca o algun otro metodo de union mecanica o por medio de unioncs adhesivas o no adhesivas. Una dc las ventajas dc los plasticos sobre los metales y los ceramicos es la multitud dc mantras como un ensamblaje entre partcs plasticas puede ser realizada. Las piczas plasticas pueden tambion necesitar ser recubicrtas o dccoradas para su uso final. Este recubrimiento o dccorado puede ser hecho por mcdio de la lamination dc las piczas de plastic junto con otros materiales (tales como: tela, metal, u otros plasticos.) o por medio dc pintado, cstampado, mctalizado, o tan solo dandolc una textura nucva a la superficie. Cabe anotar quc existen varios metodos para lograr cada una de estas tareas. La tarea del acabado a menudo influyc en la clase de material usado para una aplicacion particular. Por ejemplo, cl uso del plastic como material para la claboracion de la rcpisa dcl tablero de control en los automovilcs, no pudo efectuarse por muchos afios, ya quc estas rcquerian un intensivo pulido y acabado antes de ser pintadas, puesto quc se necesitaba imitar la textura del material mctalico dcl resto de las partes del automovil. No fuc sino hasta el desarrollo del SMC de bajo-perfil (el cual tient la cualidad de tener un acabado natural fibre de defectos y muy suave) quc fue intensivamcnte usado para los paneles de control de los automoviles. Algunas propuestas dc plasticos fucron cxcluidas ya quc la pintura no se adhcria bicn. La election del material para una aplicacion particular debiera considcrar el rango completo de costos asociados, donde se incluye cl prccio de la materia prima y su disponibilidad, el procesamiento hasta la forma final, el ensamblaje y cl acabado. Los pasos de ensamblaje y de acabado pueden prcsentar costos asociados con pasos adicionales de conformado y de cnsamblaje, preparacion de superficie, requerimientos de calor, agarraderas de soportc, costos dc matcriales adicionalcs para acabado final, y el tiempo requerido para realizar todas cstas tareas. Los plasticos ofrecen muchas ventajas sobre los ccramicos y los metales respecto de estas ciccciones, pero tambien ofrecen algunas desventajas. Cada caso debicra ser abordado a la luz dc cstas y de otras consideraciones cconomicas y de propiedades. El definirse por cualquier clase de acabado paradar a una pieza puede ser bastante complejo, csto depcnde del tipo dc material cscogido. Algunos materialcs requieren de un acabado especial para prevenir los cfectos dcl ambicnte, de la corrosion, de la oxidacion, de la degradation causada por la amide de los rayon ultra-violeta, de la humcdad, y del ataque quimico de solventes, agua dc mar, o de acidos. Casi cada tipo SENA CCA/ASTIN No

2 i~i 2 de metal, cada tipo de plastic, y cada tipo de ceramic reacciona diferentcmcnte a estos cfectos ambientales y requieren ser considerados claramentc antes de ser scleccionados para una aplicacion especial. Sc presentaran los metodos más usados para dar el acabado y cnsamblajc de los materiales plasticos, con un enfoque en la picza plastica quc representa un papel activo en cl proceso de acabado, de pintado, de decorado y de ensamblaje. Algunos conccptos se refieren al plastic como el agente material dc cada una de la variedad de metodos. DESBASTE DE REBABAS Y REMOCION DEL SISTEMA DE ALIMENTACION RemociOn del sistema de alimentation El metodo más popular para la remocion del sistema do alimentation dcl material fundido (el cual puede incluir el bebedero) es mediante el desbaste con herramientas manuales tales como cortaalambres o pequenos serruchos. Estc desbaste puede ser rcalizado convenientemente por el operario cncargado dcl proceso de moldeo de la maquina. Para muchas piezas, el tiempo del ciclo es suficientementc largo para que el operario pueda desprender mediante qucbradura el sistcma de alimentation de las piezas y a su vez estar pendiente de las necesidades de la maquina (cargarla con los pellets, meter el material, en general mantencr la maquina dentro de los parametros deseados de funcionamiento). Toner un solo operario para ejecutar estas tareas en dos maquinas es comun y para varias, no inusual. Las claves para tcner a un solo operario atendiendo varias maquinas son, por supuesto, el tiempo del ciclo y la complejidad de las otras tareas que deben ser rcalizadas. El desbaste del sistema de alimentation mediante el use de herramientas manuales puede causar tcnsiones cn la picza plastica, especialmente en los plasticos fragiles tales como el poliestireno y el PVC rigido. En 2 SENA CCA/ASTIN No

3 IN FORMADOR TECNICO algunas piezas, las tcnsiones pucdcn provocar fallas prcmaturas. Sin embargo, revcnir las piezas despues de ser desbastadas, a menudo libera las tensiones interims. El desbaste manual se hace más sencillamente si se disefian apropiadamcntc los vaciaderos. Cuando el vaciadcro es pequefio, el sistema de alimentation se desprcndc más facilmente que cuando sc usa un vaciadero grande. El tamafio del vaciadcro depende del material y de las caracteristicas del flujo requerido en la cavidad. Bajo conditions ideales, el vaciadero se discfia para que el sistcma de alimentation se desprenda cuando la pieza es expulsada del molde. Los esfuerzos bajo estas condiciones usualmente son pequerios. Algunos,moldes utilizan sistcmas de alimentation en caliente quc no requicrcn desbaste ya que permanecen liquidos. Tan solo la picza se solidifica asi quc solamente csta es expulsada del moldc. Un disefio apropiado del vaciadcro tambion simplifica la remotion automatica de los sistcmas de alimentation. Pudiendose conseguir de csta mantra quc las iniquinas de moldeo por inyeccion ejecuten sus operaciones sin la vigilancia de un operador humano, en lugar dc instalar alimentadores de material automaticos y robots retiradores de piezas. El separar las piezas de los sistcmas de alimentation normalmcnte rcquicrc el use de uno dc cstos dos sistcmas, ya sea el calentamicnto del sistcma de alimentation o un vaciadero lo suficientemente pequelio como para quc las partes se separen por la inercia natural al moment de la expulsion. El separamicnto del vaciadero dc la pieza requiere ocasionalmente alguna agitation mecanica, pero est puede scr automatizado. Despues dc que se ha retirado el sistema de alimentacion (a travas de cualquiera de los metodos mencionados), una pequefia parte del vaciadcro o un apendice no deseado puede quedar en la pieza. Para los materiales termoplasticos que gencralmente no son muy fragiles, cstos apendices pucdcn ser removidos, ya sea con una lima o con cualquier herramienta afilada. Para plasticos endurecidos por calor o plasticos fragiles, los metodos para la remotion dc tales apendices comprenden el limado, pulido, csmcrilado y alisado con papcl abrasivo o lija. Estos metodos tienen menor probabilidad de generar tcnsiones internas en el material dc Ia pieza. Desprendcr el sistema dc alimentation y los vaciaderos o sus asperesas cs a menudo más facil si la pieza permanece tibia aim. La tibieza suma tcnacidad a la picza, asi se disminu ye cualquier prob lcma que pucda presentarse a causa de las tensiones internas. Esto cs especialmentc importante para los plasticos fragiles. Remotion de Rebabas Las rcbabas son tills faciles dc rctirar cuando la pieza esti a muy baja tcmperatura. El frio cndurccc muchos materiales, y csto hace que las rcbabas se vuelvan fragi les. La dclgadcz de las rebabas indica que su remotion probablemente no provoque tensiones internas en la pieza. Al proccso de enfriar la pieza para facilitar Ia remotion de las rebabas se le denomina: Remocion Crioginica de Rebabas. Lucgo de que la pieza es enfriada a la temperatura deseada (Usualmente ccrcana a la temperatura de nitrogen liquido), se le coloca dentro de un tambor rodante y sc revuelca. (El tambor se ve como una gran secadora de ropa del tipo comercial.) El proceso de revolcar las piczas ocasiona quc las rebabas se quiebren, retirandose. Otras operaciones incluyen otros elementos dentro de Ia fase del «revuelque», tales como discos congelados de caucho o de madera, los cuales proporcionan un poco de inertia adicional a los impactos por lo cual contribuyen a la rotura de las rebabas. Aun quc el «revuelque» es cl proceso más comfm para la remotion de rebabas, en especial cuando muchas de las piezas las posccn, las rebabas pueden scr rcmovidas tambien a partir de los mdtodos tradicionales dc maquinado mecanico quc los operarios pueden realizar con ayuda de herramientas manuales tales como limas y pinzas cortadoras. Maquinado El proccso del maquinado es usado para dar el acabado final a muchas piezas de plastic. Tal acabado puede incluir correcciones menores a las piczas moldeadas, desbaste del cxccso de material que rodea Ia pieza final (tal como scria comim en el tcrmoformado y en las operacioncs del moldeo por SENA CCA/ASTIN No

4 1NFORMADOR Acmco soplado), realizacion de huecos u otras caractcristicas que son requeridas para el posterior ensamblajc o uso, y Ia preparacion de la superficic para otras etapas del acabado. El maquinado es nccesario tambien cn piezas quc requicran tolerancias muy exactas. Estas piezas son moldeadas sobredimensionadas y posteriormente maquinadas a las dimensions exactas, las cuales son mucho mas exigentes respecto de las tolerancias de lo quc se puede obtener por el proccso del moldeado. Un numero cfc operaciones diversas se pucdcn considcrar dentro de la catcgoria de maquinado general, incluyendo: cortc, aserrado, perforado, roscado, frcsado, tornado, perfilado, perforado,limado,lijado, pulido y csmcrilado. Todas estas operaciones fucron originalmente dcsarrolladas para los =tales, por ello algunas modificaciones en los metodos del proceso estandar debicron scr hcchas para sortcar las difcrencias entre los mctalcs v los plasticos. Dcntro de las consideracioncs dcl maquinado del plastic y dcl metal, las termicas marcan una di fercncia abismal. Una de cllas, sc puede entender a partir dcl hecho de quc el plastic caliente se expands mucho más que cl metal calicntc (más de 10 vcces). Esta expansion puede provocar desviaciones respect de las tolerancias csperadas si la pieza es calcntada durantc cl maquinado y si no se realizan las corrcccioncs correspondientes para tener en cuenta Ia subsiguiente contraccion cuando la picza se enfria. (Por ejemplo, los huecos perforados en los plasticos tender-an a ser subdimensionados aproximadamcntc plg (0.05mm) a causa de la contraccion termica que se succdc despues del perforado.) Otra consideracion tcrmica consists en la rclativa pobrcza de conduccion termica quc ticncn los plasticos, lo cual hacc quc la disipacion dc calor sea dificil (a causa dcl bajo punto de fusion de los plasticos) sicndo estos succptiblcs a Ia fusion v a Ia distorsion. Por lo cual, se deben tomar mcdidas durantc el maquinado para reducir Ia gencracion de calor. Cuando el maquinado intensivo de los mctalcs provoca su calcntamicnto excesivo, se usa un fluido durantc csta operacion quc actiia como lubricants o como refrigerante. En cambio, los fluidos durantc Ia operacion del maquinado de los plasticos son muy remotamente usados. Muchos dc los liquidos de maquinado, son solvcntes que atacan quimicamentc a los plasticos. Algunos otros tan solo accicran la rotura por tension en cllos, principalmente a causa de las tensions inherentes a las operacioncs de maquinado. Aim más, sc pucdcn prcscntar pasos subsiguicntcs donde se requicra dc una superficic pulimentada para cl acabado, y la rcmocion de los liquidos para cl maquinado, puede ser muy complicada. 4 SENA CCA/ASTIN No

5 INFORMADOR TECNICO \ Positivo I / / Positivo Positivo (a) Aserrado (b) Perforado (c) Tomeado Figura 1. Angulo de ataque caracteristico para aserrado, perforado y torneada El metodo mas court para reducir el calentamiento en los plasticos durante su maquinado consiste en reducir la intensidad de tal proceso, a traves del aumento de los tiempos invertidos para maquinar la pieza, y reducir el avance en cualquier instante (reducir la velocidad de avance). Las velocidades de avance para materiales como el bronce o la madera, a menudo son las apropiadas para los plasticos. Por ejemplo, un avance de entre 0.15 a 0.20 plgs/rev (4-5 mm/rev.) seria el deseable para perforar en acrilico. Para el HDPE, un plastic mucho mas suave, cuyo punto de fusion es mucho más bajo, las velocidades de avance idoneas para su perforado son entre a plg/rev. ( mm/rev.). Un avance mas lento en los HDPE proporciona mayor tiempo para la disipacion de calor. Adicionalmente al aumento de los tiempos de maquinado, la intorrupcion peril:mica del proceso reduce la cantidad de calor generado. Por ejemplo, el proceso de perforado puede ser realizado a traves de un avance y un posterior retroceso altemativos, esto permite que la pieza se enfrie. Tal retroceso, permite tambien la eliminacion del plastic retirado por la acci6n de la herramienta. (A este proceso de trabajo por interrupcion se le denomina peck drilling.) En el proceso de aserrado, el patron de los dientes de la sierra puede incluir gaps (dientes faltantes) que le permiten a la pieza una disipacion de calor durante el proceso de corte, ya que dicha operacion es más interrumpida. A este tipo de patron de. hoja de sierra se le denomina Skip-Tooth Cutters. Aunque pudiera parecer extrafio, la generacion de calor en los plasticos puede ser reducida por medio del aumento de la velocidad de giro de la herramienta de corte, permaneciendo la velocidad de avance lenta como la descrita anteriormente. Esto es entendible ya que por la herramienta se disipa una parte del calor generado, y al incrementar la velocidad de giro de esta, se incrementa la rata de disipacion de calor. Por ejemplo, las sierras circulares usan comunmente una revolucion de 3000 rpm cuando cortan HDPE. Si la pieza se tuesta, entonces las revoluciones se aumentan a 4000 rpms. Otra manera de disminuir la generacion de calor consiste en conformar las herramientas de corte de tal manera que estas se deslicen sobre la superficie del material en lugar de que lo golpee. Esto se alcanza mediante el control del Angulo relativo de la pieza respecto de la superficie del material. El angulo de la cara de una herramienta de corte, medido a partir de sus lineas radiales, es llamado angulo de ataque y es ilustrado en la figura 1. para sierras, brocas y herramientas de tomo. Este angulo puede ser definido como el Angulo de entrada de la herramienta en la pieza de trabajo. El mejor aserrado, cortado y perforado de los plasticos ocurre cuando el angulo de ataque es SENA CCA/ASTIN No

6 1NFORMADOR TECNICO ligeramente positivo (0 grados a 5 grados.). Este Angulo positivo de ataque, no solo proporciona la accion deseada de la superficie de cortc contra la pieza, sino que tambien permite una mas facil remocion de la viruta (los pcdazos de material que se lc retiran a la pieza). Si la viruta permanece en la vecinidad de la region de corte, puede obstruir el proceso, o calentarse y fundirsc. Ambos problcmas no se desean para una proceso de corte eficiente. Un Angulo de corte positivo es especialmente usado para matcrialcs blandos (talcs como plasticos, bronco y cobrc) ya que existe menos tendencia de la herramienta de realizar un corte al azar dentro de la picza de trabajo y deteriorarla en la vccindad del proceso de corte. Las herramientas usadas para el corte de plastic deberan estar bien afiladas para maximizar el proceso de corte. Tambien deben poscer una superficie libre de dcfectos. Otra gran diferencia entre los plasticos y los metales es generalmente su dureza. Esta dureza inferior en los plasticos puede porporcionar un efccto significativo dentro del proceso de maquinado. Los matcriales plasticos han de ser sujetados cuando son fresados o perforados para que el material no se resquebraje o astille cuando la herramienta finaliza cl corte. Los plasticos pueden scr tambien más fragiles que el metal. Tal fragilidad causa problemas cspeciales durante el maquinado a causa de la tendencia del material a fracturarse. Para prevenir esto, es importante usar hcrramientas de cone bien afiladas y vclocidades de avance bajas al maquinar plasticos fragiles. En algunos casos durante el maquinado dc plasticos fragiles, un revenido puede ser requerido despues de finalizado el proceso. Otros plasticos fragiles tales como el acrilico, se les cubre durante el maquinado con papel para dar algo de proteccion a la superficie, y para lubricarladurante el proceso de corte. Dcbido a todo esto, cstos materialcs dcben ser maquinados con papel. Las laminas dclgadas de plasticos fragiles pucdcn a veces scr cortadas en linca tan solo con un trazado y posteriormente ser quebradas, tal cual como se hace con el vidrio para ventanas. Una de las combinaciones de material de mayor complejidad para scr maquinadas son los compucstos en los quc una matriz fragil se le combina con un refuerzo muy tenaz o muy duro (tal como epoxia combinada con fibras de carb6n o fibras dc aramid). Estos matcriales compucstos requieren herramicntas de perfiles especiales y de materiales especiales (tales como di amantcs) para alcanzar un maquinado efectivo. La experiencia ha demostrado que cortar matcriales compuestos con herramientas de accro tradicional no es aceptable a causa del desgaste. Las herramientas de carburo o de otras clases dc superficies endurecidas debcrian ser usadas. Las operaciones de limado, lijado, pulido y otras operaciones para el suavizamiento de superficies tienen algunas consideraciones especiales al ser rcalizadas sobrc plasticos. La naturaleza suave de los plasticos y su tendencia a fundirsc a bajas temperaturas, provocan grandes concentraciones de material en las herramientas con las que se esta dando el acabado. Estas herramicntas deben scr limpiadas a menudo durante su use para prevenir que tal acumulacion de material afecte la operacion de suavizado. BIBLIOGRAFIA STRONG, A. Brent. -- Plastics Materials and Processing.--Ed. Prentice Hall, Inc p GE Plastics.--Valox Design Guide. GE Plastics. Noryl Design Guide. Traducido por: Diego Alejandro Gomez D. Analista tecnico de informacion SIDT - ASTIN 6 SENA CCA/ASTIN No